Элементы волн. 
Навигационная метеорология и океанография

Каждая волна характеризуется определенными элементами, такими как:

• -гребень волны — часть волны, расположенная выше спокойного уровня.
• -вершина волны — наивысшая точка гребня волны.
• -ложбина волны — часть волны, расположенная ниже спокойного уровня. (рис.1):
• — подошва — наинизшая точка ложбины волны;
• — высота h — расстояние по вертикали от подошвы до вершины волны;
• — длина л — горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных

Рисунок 12 Элементы волн гребней

• — крутизна — отношение высоты волны к ее длине (); (28)
• — период ф— промежуток времени, между прохождением двух смежных вершин через одну и ту же фиксированную точку;
• — фронт — линия, проходящая вдоль гребня данной волны; линия, перпендикулярная фронту волны, называется волновым лучом;
• — скорость распространения c — расстояние, проходимое определенной точкой волны в единицу времени;
• — направление распространения — угол, отсчитываемый от норда в сторону движения волн (или истинный румб, откуда движутся волны).

На основании гидродинамической теории волн получены формулы, связывающие отдельные элементы волн на глубокой воде (когда глубина моря >);

с = 1,56 ф, (29).

л = 0,64 с², (30).

ф = 0,64 с, (31).

Высота волны измеряется непосредственно или определяется приближенно с помощью специальной номограммы.

Факторы, влияющие на изменение параметров волн в открытом море. Согласно уравнения баланса волновой энергии получено, что изменение элементов волн зависит от скорости и продолжительности действия ветра и длины разгона ветра над морем.

1. Скорость ветра. Наиболее характерным показателем интенсивности передачи энергии волнам и одновременно роста волн под действием ветра является возраст волн. Размеры волны интенсивно растут, когда в не превышает 0,4−0,5. При больших значениях в рост волн замедляется, а при в = 0,8 практически прекращается. В море наблюдаются три стадии ветрового волнения: развивающееся, установившееся и затухающее. При развивающемся волнении высота и длина волны растут с усилением ветра. Однако рост высоты волны вначале происходит весьма интенсивно, а затем постепенно замедляется, что связано с уменьшением крутизны волны по мере развития ветрового волнения. В начальный период развития ветрового волнения волны имеют крутизну волны е = 1/7, а затем крутизна непрерывно уменьшается и при развитом волнении имеет значение 1/23.

При установившемся волнении размеры волн достигают своих предельных значений при определенной скорости и продолжительности действия ветра и длине его разгона над морем.

При затухающем волнении с ослаблением скорости ветра происходит уменьшение элементов волн за счет сокращения количества энергии, получаемой от ветра в единицу времени.

При неустановившемся волнении со снижением скорости ветра высота волн начинает заметно уменьшаться.

Установившееся волнение начинает заметно уменьшать свои размеры через несколько часов после ослабления ветра, что обусловлено большим количеством энергии, занесенной волной от ветра.

• 2. Продолжительность действия ветра. Поскольку энергия от ветра волнам передается за определенный промежуток времени. В течение этого промежутка времени на волны действует ветер постоянной или переменной скорости. Выявлено, что с увеличением времени действия ветра высоты волн заметно возрастают, особенно при значительных скоростях ветра. Рост элементов волн по времени продолжается, пока при данной скорости ветра они не достигнут предельно возможных размеров (установившееся волнение).
• 3. Изменение направления ветра. Из научных наблюдений выявлено, что волнение меняет свое направление медленнее, чем ветер, и совпадает с ним примерно через 12 часов.
• 4. Длина разгона. На рост элементов волн влияет длина разгона — расстояние Х, на котором ветер постоянный по скорости (+ 2 м/с) и направлению (+ 25°) воздействует на волны.

Разгон Х измеряется в направлении против ветра от расчетной точки до подветренного берега или до подветренной границы ветрового поля.

Длина разгона имеет большое значение в прибрежной зоне, если ветер дует с берега. В этом случае по мере удаления от берега даже при одной и той же скорости ветра параметры волн заметно растут.

Длина разгона играет заметную роль в росте волн, если в каком-нибудь районе океана развивается шторм в резко ограниченных размерах. При этом, если длина разгона не превышает ¼ — ½ линейного размера области шторма, то на концах разгона высоты волн могут значительно отличаться друг от друга.

Если размеры бассейна достаточно велики, а ветер дует значительное время, то на некотором разгоне, зависящем от скорости ветра, наступает состояние насыщения волн энергией и волнение достигает предела развития.

5. Зыбь. Зыбью называется волнение, которое существует за счет накопленной энергии волны (Е), когда передача энергии ветра к волнам прекращается (Еи = 0).

В океанах и морях встречаются следующие случаи формирования зыби.

• 1. Возникновение зыби непосредственно в зоне шторма при некоторых колебаниях в скорости дующего ветра. Так как среди совокупности ветровых волн наблюдаются волны в различной стадии своего развития, то достаточно скорости ветра немного уменьшиться, чтобы скорость некоторого числа волн превысила скорость ветра и они превратились бы в зыбь. При новом усилении ветра некоторые из них могут опять перейти в ветровые волны, однако в общем случае с увеличением скорости и продолжительности действия ветра все большее число волн начинает переходить в зыбь.
• 2. Если в данном районе перемещается циклон, в котором скорость ветра достигает значительных значений, то при этом волны, выходя из области шторма, превращаются в зыбь.

Зыбь, существующая при полном отсутствии ветра, называется мертвой зыбью. Она характерна двухмерными однородными по элементам волнами с малой крутизной.

В результате взаимодействия ветровых волн и зыби в океане возникает смешанное волнение, которое в простейшем случае состоит из двух систем волн — ветрового волнения и зыби.